Методы консультантов / Экологическая часть / Лекции по Промэкологии ППП

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭКОНОМИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Ю.С. РЫБАКОВ

ЛЕКЦИИ

ПО КУРСУ

“Промышленная экология на предприятиях пищевой промышленности”

Рекомендовано в качестве учебного пособия для студентов очной и заочной форм обучения специальности

26.06.01 «Машины и аппараты пищевых производств»

Екатеринбург 2013

Лекция 1. Предмет промышленной экологии

План лекции:

1.Литература, необходимая для изучения курса

2.Промышленная экология как наука об анализе воздействия отраслей промышленности на окружающую среду, способах оптимизации этого воздействия и защите окружающей среды 3.Производство как способ выживания человека в окружающей среде 4.История взаимоотношения человека и природы

Программа этого курса согласно государственному образовательному стандарту включает следующие пункты: современное предприятие и его роль в загрязнении окружающей среды; атмосферы, водных объектов, почв производственными отходами; энергетические загрязнения; количественная и качественная характеристика загрязнений; взаимодействие промышленного предприятия с окружающей средой; изменения в окружающей среде под воздействием промышленного загрязнения; влияние изменений окружающей природной среде на здоровье человека, благополучие общества, функционирование предприятий и их компонентов; малоотходные технологии и ресурсосберегающая техника как основа оптимального сочетания экологических социальных и экономических интересов общества.

К сожалению, количество лекций и практических занятий недостаточно для того, чтобы донести все знания по предмету, накопленные человечеством. Поэтому вам придется обращаться к литературе. А литературу я рекомендую следующую. Во первых, это учебник Цветкова Л.И., Алексеев М.И., Усанов Б.П., Неверова Е.В., Кармазинов Ф.В., Жукова Л.И. «Экология». Учебник для технических вузов.- СПб: Химия, 1999. Далее Мазур И.И., Молдаванов О.И. «Курс инженерной экологии».-М.: Высшая школа, 1999.-447 с. Лотош В.Е. «Технологии основных производств в природопользовании», «Экология природопользования», «Переработка отходов природопользования».- Екатеринбург: УрГУПС, 2001-2002.-553 с., 540 с., 463 с. Вронский В.А. «Прикладная экология».- Ростов-на-Дону: Феникс, 1996.-512 с. Под ред. С.В.Белова «Охрана окружающей среды».- М.: Высшая школа, 1983.- 264 с. Под ред.проф. Л.П.Ковальской «Технология пищевых производств».- М.: Колос, 1999.- С.719-741. Лоренц В.И. «Очистка сточных вод предприятий пищевой промышленности».- Киев: Будивельник,

1972.- 186 с.

Итак, что такое промышленная экология? Промышленная экология

это наука об анализе воздействия отраслей промышленности на окружающую среду, способах оптимизации этого воздействия и защите окружающей среды.

Предметом промышленной экологии является решение задачи, неотвратимо встающей перед человечеством, - разумного, рационального природопользования, позволяющей удовлетворять жизненные потребности людей в сочетании с охраной и воспроизводством окружающей природной среды.

Промышленная экология, тем самым, несет ответственность за разумное развитие науки и техники в экологически оптимальном смысле. Решение

такой задачи возможно только с позиции системного подхода, реализующего комплексность решений во всех сферах материального производства.

Взаимодействие в системе “общество природа” за всю историю существования человечества (около 3 млн.лет) прошло определенную эволюцию. Выделяю следующие этапы:

Первый период – человек – обычный вид, часть природы. Этот период охватывает эру наиболее примитивной культуры каменного века и первобытно-общинного уклада жизни. Такой период продолжался примерно от 3 млн.лет до ХХ - ХУ веков до н.э. Но по мере развития археологических исследований это время отодвигается дальше. Ясно только одно – это был самый длительный период взаимодействия человека с природой, приведший к малоощутимым изменениям в ней.

Второй период – покорение огня, истребление древней фауны (экологические кризисы древности). Этому периоду соответствует время до начала землепользования (УШ – УП века до н.э.). Этот период некоторые исследователи относят к первому. Но, так или иначе, его необходимо выделить, т.к. именно с него начинается осмысленное воздействие человека на природу. Конечно, мамонты вымерли не из-за человека, но и он к этому приложил свою руку.

Третий период – развитие подсечно-огневого сельского хозяйства, сведение лесов, одомашнивание флоры и фауны (фактически конкурируя с дикими видами, человек становится самым могущественным видом). Этому периоду соответствует время с начала землепользования (УШ – УП века до н.э.) до становления промышленного производства в ХУ веке н.э.

Четвертый период – развитие промышленности, урбанизация, локальные загрязнения природы (с ХУ по Х1Х века). Это время становления и развития капитализма, характеризующееся постепенной концентрацией производительных сил, развитием частного предпринимательства, постоянными захватническими войнами, приведшими к разделу мира. Этот период ознаменовался, прежде всего, активным освоением минерально-сырьевых ресурсов, развитием горного дела, металлургии и добычи угля, потеснившего такой источник энергии, как дерево.

Пятый период – человек – геологическая сила: глобальное загрязнение, изменение биогеохимических циклов. К этому периоду относятся возникновение империализма и социальных революций. Концентрация производства, организация крупных промышленных объединений, охватывающих своим влиянием многие районы мира, приводят к расширению сфер их воздействия на окружающую природу, которые приобретают региональный, а затем глобальный характер. Главными движущими силами этого воздействия кроме человека в этот период являются революционное развитие транспорта, прежде всего железнодорожного, а также электроэнергетики. Эти факторы и позволили человеку сдвигать горы. В этот период не только усилилась геологического воздействия в абсолютном выражении, но само оно стало иным. Иным стало и геохимическое воздействие человека на природу, определяющееся тремя обстоятельствами:

1)Синтезом множества (более миллиона) веществ, отсутствовавших в естественных условиях и обладающих качествами, не свойственными природным соединениям.

2)Строительством широкой сети коммуникаций – газо- и нефтепроводов, шоссейных и железных дорог, линий электропередачи и связи, что наряду со специализацией производства привело к массовой транспортировке разнообразного сырья, его перераспределению и рассеиванию загрязнений.

3)Интенсификацией производства сельскохозяйственной продукции потребовавшей массового применения удобрений, гербицидов и пестицидов, отрицательное побочное воздействие которых на окружающую среду выявилось лишь спустя длительное время после начала их повсеместного применения.

ВХХ1 веке человечество находится в конце пятого этапа. Что может за ним последовать? Либо решение глобальных экологических проблем, либо глобальная экологическая катастрофа. Отсюда можно выделить два основных подхода к проблеме взаимодействия человека и природы:

 технократический - человечество может регулировать окружающую природу, полностью подчинив природу своим интересам

 экологический - возможности регуляции у человечества очень ограничены,

ипоэтому необходимо постоянно искать компромисс с природой. Я бы назвал последний подход технологическим.

Весь комплекс современных знаний о природе дает основание утверждать, что пока, а может и никогда, человечество не может регулировать те процессы на Земле, которые обеспечивали бы его существование. Для этого требуется огромная энергия, которой у человечества нет. Поэтому полностью саморегулируемая техносфера возможна только в локальных масштабах и лишь для малой части человечества. Это и пытается сделать США в масштабах одной страны, как это пытались сделать у на в СССР, создавая материально-техническую базу коммунизма, то есть состояния, когда человеку дают по потребностям, получая от него по способностям. Но человек существо загадочное. Потребности его безграничны, а возможности без палки крайне ограничены. Поэтому глобальная саморегулируемая техносфера не реальная, человечество может существовать только в рамках биосферы.

Именно осознание технократического подхода как губительного и необходимость переориентации всей системы природопользования на основе экологического подхода обусловили экологизацию нашей жизни. Основой жизненной позиции каждого человека по отношению к природе должны быть два принципа:

ожидать неожидаемое (при любом действии лучше готовиться к худшему, не надеясь на авось)

мыслить глобально, действовать локально (любое, даже самое незначительное действие по отношению к природе, необходимо соотносить с интересами всей биосферы).

Лекция 2. Основы общей экологии

План лекции:

1.Современная структура и основные направления развития общей экологии

2.Биосфера как единое пространство, в котором сосредоточена жизнь

3.Экосистемы и основы их жизнедеятельности

4.Биологический круговорот и его блоки

5.Круговорот веществ в природе (воды, углекислого газа, азота, фосфора, осадочные циклы и др.), и влияние на него производственной деятельности человека 6.Экологические факторы и их классификация

7.Закон толерантности воздействия экологических факторов на организмы

8. Влияние загрязнения среды на здоровье человека

На прошлой лекции мы пришли к выводу, что промышленная

экология это наука об анализе воздействия отраслей промышленности на окружающую среду, способах оптимизации этого воздействия и защите окружающей среды.

Известно, что без производства человек может выжить. Но где? В теплом климате, где пища сама падает с веток. Но в этом случае человек не был бы человеком и вряд ли бы он выжил на этой Земле. Когда мы изучали экологию, то я вам задавал задачу: Обоснуйте, пожалуйста, сможет ли человек не имея производства одежды, обуви, продуктов питания, энергии в современном состоянии выжить на Земле. Если сможет, то где это возможно? И сколько людей выживет? И как бы вы сейчас ответили на этот вопрос?

Ну а сейчас немного повторим общую экологию.

Экология - это наука о взаимоотношениях живых организмов, в первую очередь человека, с окружающей средой, в том числе с другими живыми существами, учитывающая все условия существования, которые включают как органическую так и неорганическую природу.

Слово “экология” происходит от двух греческих слов “ойкос” - дом, жилище или место обитания и “логос” - наука. То есть наука о месте обитания. Это слово и то трудное определение, которое я произнес ранее, были впервые в научную литературу введены немецким естествоиспытателем Э. Геккелем в 1866 году.

В дальнейшем ученые стали трактовать экологию как науку об условиях существования живых организмов и о взаимодействии между организмами и средой их обитания. Научной основой экологии стало учение Ч.Дарвина о борьбе организмов за существование. В это понятие он включал не только конкуренцию организмов за жизненные ресурсы, но и их реакции на различные факторы окружающей среды, посредством которых они приспосабливаются к существованию в конкретных условиях.

Необходимо отметить, что человек приспосабливаясь к условиям окружающей среды нашел такой способ как организация производственной деятельности. Производство стало способом выживания человека в окружающей среде. За счет производственной деятельности человек решает задачу накормить, напоить одеть, обуть, облагородить себя и окружающих

его людей. Но, к сожалению, решается эта задача со значительным нарушением окружающей среды.

Вразвитие экологии значительный вклад внесли советские ученые Н.И.Вавилов, Е.Н.Павловский, В.Н.Сукачев, С.С.Шварц, Б.П.Колесников и ряд других. Особая заслуга принадлежит В.И.Вернадскому.

Но до последнего времени экология была сугубо биологической дисциплиной, и в сферу ее интересов входил анализ закономерностей функционирования биологических систем: биологических видов, популяций

иэкосистем. С середины 80-х годов нашего столетия произошло смещение акцентов: в экологию стали включать области знаний о состоянии окружающей человека природной и природно-техногенной среды.

Внастоящее время область экологии как науки не имеет четких границ. Она включает в себя как классическую “биологическую экологию”, так и самые разнообразные направления, связанные с изучением воздействия человека на природу и оптимизацией взаимоотношений в системе “общество-природа”. Усилению неопределенности понятия “экология” способствует и современная мода на это слово, которое часто используется к месту и не к месту. Многие специалисты, в том числе и я, считают экологию философской наукой, формирующей особое экологическое мировоззрение и общеметодологический подход к решению проблем выживания человека, а также к решению природоохранных задач. А как и всякая философская, мировоззренческая наука экология охватывает широкий круг вопросов и тесно переплетается с рядом смежных наук, таких как биология, география, геология, физика, химия, химическая технология, генетика и другие. Поэтому в широком смысле слова - это наука о взаимосвязях различных форм жизни с окружающей средой, Предмет экологии - целостность того центрального объекта, который вычленяется в процессе рассмотрения или исследования. Иначе говоря - это наука о выживаемости природных и антропогенных систем в окружающей их среде и о выживаемости самой среды.

Принято выделять следующие основные направления современной экологии: фундаментальная (биологическая), прикладная и социальная. (Дать структуру современной экологии по Н.Ф.Реймерсу-1994г.)

Фундаментальная экология включает в себя следующие подразделы: аутоэкология - анализ действия различных факторов (температуры,

света, солености воды и др.) на отдельный организм, а также изменение организмов под действием различных факторов;

демэкология (популяционная экология) - наука о структуре и закономерностях функционирования биологических популяций, изменений популяций под действием различных факторов;

синэкология (экология сообществ и экосистем, биоценология) - наука о структуре, закономерностях функционирования экологических систем. Частью синэкологии является глобальная экология, объект изучения которой - уникальная экологическая система, а именно вся биосфера Земли. Несколько обособленным направлением синэкологии является биогеоценология, изучающим экосистемы определенного пространственного масштаба.

Прикладная экология - это приложение знаний, полученных в рамках изучения фундаментальной экологии, к анализу системы “обществоприрода”. Структура прикладной экологии еще не устоялась; обычно в ней выделяют следующие основные направления:

промышленная экология - анализ воздействия разных отраслей промышленности (горной, металлургической, пищевой и других), коммунального хозяйства и сферы услуг на природу;

химическая экология (экологическая токсикология) - изучение действия токсических химических веществ на организмы, популяции и экосистемы, анализ закономерностей миграции токсикантов в природных средах;

радиоэкология - изучение миграции в природе и действие на живые организмы естественных и искусственных радиоактивных веществ;

инженерная экология - создание различных инженерных сооружений (системы очистки промышленных выбросов и сбросов, системы доочистки питьевой воды, изменение технологических циклов производства), направленных на охрану окружающей среды и минимизации вредных последствий для здоровья людей;

медицинская экология - анализ влияния различных неблагоприятных факторов на здоровье населения;

сельскохозяйственная экология - изучение функционирования искусственных экологических систем (поля, сады, агроландшафты), оптимизация управления такими системами;

охрана окружающей среды - комплексная дисциплина, направленная на разработку мер по снижению отрицательных последствий деятельности человека (разработка природоохранных законодательных актов и экономических механизмов рационального природопользования, развитие сети особо охраняемых природных территорий); включает в себя также экологическую экспертизу (разработка заключений о состоянии природных комплексов), экологическое прогнозирование (создание прогнозов развития ситуаций при различных сценариях воздействия), экологическое нормирование (разработка нормативов предельных экологических нагрузок, экологический мониторинг (разработка систем постоянного слежения за изменением природных комплексов).

Социальная экология рассматривает разнообразные аспекты взаимодействия человеческого социума и природы (частичное перекрывание с охраной окружающей среды); включает в себя экологическую психологию и экологическую социологию (анализ восприятия человеком и обществом природы), экологическое воспитание и экологическое образование (формирование экологического мышления и поведения).

Итак, мы с вами установили, что экология - это наука о взаимоотношениях живых организмов, в первую очередь человека, с окружающей средой или еще как мы сказали по-другому - это наука о выживаемости природных и антропогенных систем в окружающей среде. Ну а где же возможно такое выживание. Пока исходя из последних научных данных такое возможно только на Земле. В данном случае Земля рассматривается мною как планета. Данных о существовании жизни на других планетах Солнечной системы пока что нет. Даже Марс, планета

близкая к нам по параметрам освещенности и обогреваемости Солнцем, не заселена. Возможно, мы получим года через 2 информацию от американской межпланетной станции об этой жизни на Марсе.

Но вернемся на нашу грешную землю, которая обладает так называемой биосферой, в которой существует и активно идет жизнь. То есть биосфера - это и есть то пространство, в котором сосредоточена жизнь и на которое распространяются законы экологии. Термин “биосфера” для обозначения области земной поверхности, населенной жизнью, впервые ввел австрийский геолог Э.Зюс в 1875 г. Но до него это понятие в биологию в 1802 г. ввел Ж.- Б.Ламарк. Основы же учения о биосфере были заложены выдающимся ученым В.И.Вернадским. Он рассматривал биосферу как единое термодинамическое пространство, в которой сосредоточена жизнь и осуществляется постоянное взаимодействие всего живого с неорганическими условиями среды. Но понятие “термодинамическое пространство” для вас еще трудно воспринимается. Поэтому определим понятие биосферы проще. Биосфера - это пространство, в котором сосредоточена жизнь и осуществляется постоянное взаимодействие живого с неорганической средой, то есть это в общем-то экологическое пространство. Отсюда на основе этого учения был сформирован системный подход к рассмотрению экологических проблем.

Биосфера включает нижнюю часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы. Литосфера - это часть земной коры. Вертикальная мощность поля существования жизни ограничивается в атмосфере протяженностью в 6 км. В этом поле наблюдаются положительные температуры и могут существовать хлорофилсодержащие растения. Нижний предел существования жизни в литосфере ограничивается дном океана (примерно до глубины 11 км) и температурой 100оС - эта температура обнаруживается уже на глубине 6 км. Фактически жизнь в литосфере распространяется до глубины 3-4 км. Область жизни в атмосфере исчезает полностью за озоновым слоем на высотах 10-50 км.

Но мы не будем вдаваться в подробности существования экзотических форм жизни. Это удел биологов. Наша задача вовремя доставить человека в нужную ему точку России или то же самое сделать с грузом без значительного ущерба окружающей среде. Для существования человека, для осуществления его потребностей существует так называемая биогеосфера или пленка жизни. Это высоты до 3 км, вглубь земли до 10 м и вглубь моря до 100 м. Но это предельные высоты и глубины, в общем-то, экзотика.

Но, создавая все более современную технику, технологию и материалы, люди стараются создать среду обитания, по возможности не зависящую от капризов природы. Однако, человек, будучи творческим существом, тем не менее сам является творением природы в буквальном смысле этого слова и остается неотделимой частью природных сообществ, если, конечно, придерживаться теории Ч.Дарвина об эволюции живой природы, а не инопланетной природы человека. То есть человеку нужно постоянно в своей деятельности искать золотую середину и правильное направление движения, а это удел в первую очередь диспетчеров, чтобы эта деятельность была, том числе, экологичной.

При этом вам следует учитывать, что жизнь человеческого организма возможна только в определенных условиях: состав атмосферы, температура, структура солнечного излучения, наличие и чистота воды и пищи и др. Наряду с этим производство продуктов питания почти на 100% зависит от природных ресурсов – почвы и водных экосистем (гидропоника и искусственные системы дают

незначительное количество продуктов питания). Особое значение для жизни человека имеет количество пресной воды, которая является природным ресурсом и важнейшей составной частью биосферы - самым удивительным минералом, как назвал ее профессор А.М.Черняев в своей книге “Поэзия и проза воды”. Ключевую роль в жизнеобоспечении играют и природные источники энергии, тоже являющиеся составной частью биосферы. В настоящее время уже отчетливо обозначилась ограниченность данного вида природных ресурсов. Это же можно сказать о запасах пресной воды и о плодородии почвенного слоя Земли. Есть еще один фактор, который надвигается на человека - это перенаселение Земли. Но многие из перечисленных факторов в России еще остро не чувствуются. Но мы живем на одной планете и придет время, когда придется потесниться.

Таким образом, с вхождением человечества в индустриальную стадию своего развития возникла угроза разрушения всех элементов биосферы - атмосферы, гидросферы и литосферы. В первую же очередь это касается наиболее чувствительного к условиям существования биосферного слоя - биогеосферы.

Но для того, чтобы понять - на сколько наши действия вредят биосфере мы не можем изучать ее всю. Поэтому биосфера как бы делится на отдельные частички, которые называются экосистемами. Экосистема (экологическая система) - это сообщество определенной группы организмов (биота или биоценоз), рассматриваемое во взаимодействии с физической средой его обитания (экотопом). Иными словами, это совокупность живых организмов и среды их обитания, связанных причинно-следственными связями, обменом веществ и энергии. Понятие экосистема ввел английский ученый А.Тенсли в 1935 году. А в 1940 году советский ученый А.Н.Сукачев ввел понятие биогеоценоз, которое иногда употребляют как экосистема. Биогеоценоз – однородный участок земной поверхности с определенным составом живых (биоценоз) и косных (приземный слой атмосферы, солнечная энергия, почва и др.) компонентов в динамическом взаимодействии между ними (обменом веществ и энергии). Но здесь появились новые понятия, такие как сообщество, биоценоз, биота.

Биота или биоценоз – совокупность растений, животных и микроорганизмов, населяющих участок суши или водоема и характеризующихся определенными отношениями между собой и приспособленностью в условиях окружающей среды.

Сообщество – все популяции живых организмов, занимающие определенный участок и взаимодействующие друг с другом.

Популяция – совокупность особей одного вида, длительно занимающая определенное пространство и воспроизводящая себя в течение большого числа поколений.

Особь – наименьшая неделимая единица биологического вида, подверженная действию факторов эволюции.

Вид – естественная биологическая единица, всех членов которой связывает воедино участие в общем генофонде.

Гомеостаз –способность биологической системы к авторегуляции при изменении условий среды.

Экосистема может иметь гигантские размеры (например, море, Уральские горы и др.) или крошечное сообщество живых существ в дождевой луже или в лабораторной колбе. Границы между отдельными экосистемами условны, все зависит от выбора пространственного и временного масштабов рассмотрения, а это определяется установками и задачами исследования.

В экологии сообществ и экосистем развиваются 2 основных направления:

структурное - анализ структуры сообществ (количество видов или групп, количественное соотношение между ними), их классификация, распределение в пространстве, временная динамика;

функциональное - анализ потоков вещества и энергии, изменение сообществами абиотической среды на функционирование сообществ.

Распространены два основных взгляда на сообщество:

органицизм - сообщество - это “сверхорганизм”, обладающий большой степенью целостности, границы между сообществами достаточно четкие;

редукционизм - целостность сообществ невелика, структура сообществ определяется взаимодействием популяций; резких границ между сообществами нет.

Экосистемы обычно содержат очень много видов живых организмов. По своим функциям в экосистеме они делятся на следующие группы:

продуценты - создают органическое вещество из простых неорганических веществ с использованием энергии света (автотрофы - высшие растения) или энергии химических связей (хемотрофы - некоторые бактерии);

консументы (первого, второго, третьего порядков) - потребляют готовое органическое вещество, но не доводят его до разложения до простых минеральных составляющих (животные, часть микроорганизмов, паразитические растения)

редуценты (деструкторы) - превращают органическое вещество в простые неорганические соединения (бактерии и грибы).

Экосистемы, кажущиеся свободными от внешнего мира, в конечном

счете зависят от определенного внешнего фактора - солнечного света или очень редко от получения энергии за счет химических превращений.

Солнечная энергия, воспринятая когда-то растениями, продолжает свой круговорот по всей экосистеме в виде органической материи. В конце цепи стоит редуцент, питающийся как растениями, так и животными. Он снова расщепляет пищу на первоначальные составные части - воду, углекислый газ и минеральные соли. В итоге в этот очень сложный круговорот включается и человек. Если факторы, обеспечивающие жизнедеятельность экологической